【正文】 第 一 章 XXXXX 9 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940J?4 0 P I N+ 4 . 5 VS Y N CS I M G N DS I M V C CS I M C L KS I M D A TS I M R S TS I M I N/ D C D/ D T R/ R T S/ C T ST X DR X D/ R I N G/ D S R C/ IG TR?1kQ?N P NR?1k+ 4 . 5 VC?0 . 1 uD?L E D 圖 TC35i 原理圖 TC35I 是開(kāi)關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片，采用 TO263 5Lead 封裝，最大輸入電壓 60V，工作溫度－ 40～ 125176。其中 18腳 RXD、 19 腳 TXD為 TTL的串口通訊腳，需要和單片機(jī)或者 PC通訊。 圖 TC35i 模塊 的實(shí)物圖 TC35i的硬件設(shè)計(jì)： TC35i 模塊有 40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè) ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )連接器引出。 SIM電壓為 3V/， TC35i 的數(shù)據(jù)接口 (CMOS 電平 )通過(guò) AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù) ,可選波特率為 300b/s～ 115kb/s , 自動(dòng)波特率為 第 一 章 XXXXX 8 ～ 115kb/s。在通道中加 光電耦合器 ，主要是利用光耦工作在飽和區(qū)也就是靠近放大區(qū)的位置，使進(jìn)入和退出飽和區(qū)的時(shí)間基本相當(dāng)，這樣能 使占空比的失真降低到最小。 不過(guò) 超過(guò) 300m 的 傳輸距離 時(shí)， 需 要 接入 120Ω 的 減噪 電阻 在網(wǎng)絡(luò)的 兩 端， 這樣能夠 有效抑制噪聲 帶來(lái)的 干擾。當(dāng) 系統(tǒng)中的 通信速率 降 為 1200bps 時(shí)， 在 理論上 得到的 通信距離可達(dá) 到 15km。同時(shí) 使用 靈敏度 很 高的 接收器 ， 最低可以 檢測(cè) 到 200mV 低 電壓 。 串行口的 TTL電平信號(hào) 被 發(fā)送端 轉(zhuǎn)換成差分信號(hào) A,B 兩路 進(jìn)行分別 輸出，在接收端 經(jīng)過(guò)線纜 長(zhǎng)途 傳輸 的信號(hào)又會(huì)被 還原成 TTL 電平信號(hào)。所以在路燈聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中 選擇他使 用很合適。 使用的 驅(qū)動(dòng) 技術(shù)依然是 平衡驅(qū)動(dòng) ，而接受技術(shù)使用的是 差分接， 這樣就大大的提高了 抗共模干 擾 能力 ，有益于遠(yuǎn)距離傳輸 。這個(gè) 第 一 章 XXXXX 7 技術(shù) 的特點(diǎn)是可以進(jìn)行 一對(duì)多 和多對(duì) 多點(diǎn) 的 雙向通信 的技術(shù) ， 不過(guò)在每 一時(shí)刻 系統(tǒng)內(nèi)不允許有兩個(gè)及以上的 發(fā)送器， 它是通訊過(guò)程依然是 一主多從的 傳統(tǒng) 方式。 HT46R232單 片機(jī)具有雙串口，單片機(jī)的一路串口與從機(jī)進(jìn)行 RS485 通信 ， 另一個(gè)串口接 GSM模塊，用于與 TC35i 的通訊連接，在接到相應(yīng)的信號(hào)后，控制 TC35i 給監(jiān)控中心發(fā)短信。當(dāng) PWM 給出的是 低電平時(shí)， Q1因?yàn)榈玫降牡碗妷翰?導(dǎo)通 Q Q3 由于高電壓 導(dǎo)通蓄電池 對(duì)地 放電， 這樣就起到 卸荷的效果 保護(hù)了蓄電池 。 當(dāng) PWM 給出的信號(hào)是 高電平時(shí)， Q1 變成 導(dǎo)通， Q Q3 依然 不導(dǎo)通。這里采用了兩個(gè)光敏電阻同時(shí)工作。相反，當(dāng)陽(yáng)光照射到光敏電阻時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變的很小，約為 15K 歐姆。沒(méi)有陽(yáng)光照射到光敏電阻時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變得很大， 電阻 接近 1M 歐姆。同時(shí)也可以防止路燈在白天的誤動(dòng)作。 第 一 章 XXXXX 5 RR RR R RP B 0P B 15V 圖 光控電路 光控電路的功能是根據(jù)室外的光照強(qiáng)度來(lái)控制路燈的通斷。 由于需要 能承受 很 大的電流， 但又要求 正向電壓降要很小，反向飽和電流也 不能很大 。 D作用是 在電池板因?yàn)?陰雨天氣和在夜晚不 發(fā)電時(shí) 蓄電池對(duì)它放電，也能起到 電池板 的 短路故障 發(fā)生 時(shí) 被蓄電池反涌 放電。 通過(guò)選擇并聯(lián)太陽(yáng)能電池板來(lái)調(diào)節(jié)輸出端電壓，從而給單片機(jī)以合適的輸入電壓。 控 制電路的硬件設(shè)計(jì) 控制電路的主控芯片采用 盛群 單片機(jī)，主要控制功能包括：太陽(yáng)能板電壓采集； 光 第 一 章 XXXXX 4 控電路 ；蓄電池電壓采集；卸荷電路控制； LED 燈頭控制； RS485 通信； GSM 模塊發(fā)送短信控制；路燈開(kāi)關(guān)控制；工作模式控制等。 在對(duì) 直流轉(zhuǎn)直流的 轉(zhuǎn)換電路輸出 端的 電流進(jìn)行 檢測(cè) 時(shí) , 本設(shè)計(jì) 采用的是 測(cè)量電阻兩端電壓 取樣 的方法 , 運(yùn)放 使 用 是可編程的 高電壓增益差動(dòng)放大器。蓄電池的電壓采集電路： 圖 蓄電池的電壓采集電路 在 最大 功率點(diǎn) 進(jìn)行實(shí)時(shí)的 跟蹤控制 時(shí) , 需要 對(duì) 太陽(yáng)電池 板 和 直流轉(zhuǎn)直流的 轉(zhuǎn)換電路輸出 端 的電壓和電流 進(jìn)行不斷的測(cè)量 , 再 使用單片機(jī)的帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的端口 將 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為 數(shù)字信號(hào)輸入到 單片機(jī)，使用設(shè)定的程序進(jìn)行 分析運(yùn)算后 ，給 DCDC 轉(zhuǎn)換電路中的開(kāi)關(guān)管 輸出 PWM 控制 脈沖 進(jìn)行控制 。 本系統(tǒng)中采用 的模式是 升壓的方法， 電路 將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的不穩(wěn)定直流低壓，轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的直流電壓， 然后 用于給蓄電池充電。 所以 , 為了充分的不浪費(fèi)的 利用太陽(yáng)能 , 及時(shí)的 調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池的輸出電壓 ， 使 電壓值一直在 最大功率點(diǎn) 的位置這就是 最大功率點(diǎn)的跟蹤 的初始思路 。 其特性曲線見(jiàn)下圖 : 第 一 章 XXXXX 2 圖 太陽(yáng)能電池的功率 從圖中 的曲線 可以看出 , 太陽(yáng)電池 是輸出特性是 非線性 , 他的 最大功率點(diǎn) 是變化的， 隨著日照情況和溫度 情況上下變動(dòng)。 在 周圍環(huán)境條件 不同 時(shí) , 通過(guò)檢測(cè)得到的太陽(yáng)電池 輸出曲線 各不相同 , 那么得到的 最大功率點(diǎn)也 就會(huì) 不同 。太陽(yáng)能電池板輸出經(jīng) CUK 電路調(diào)節(jié)后直接與蓄電池連接，系統(tǒng)主控芯片采用 盛群?jiǎn)纹瑱C(jī) 。其 主要由六個(gè)部分組成： 發(fā)電用的 太陽(yáng)能電池 板 、 儲(chǔ)存和供電用的 蓄電池、 照明用的 LED 路燈、控制用的 控制器、 內(nèi)部的 充電電路、 充 放電 /驅(qū)動(dòng) 負(fù)載 的 電路。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)蓄電池的電量，當(dāng)由于長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣或蓄電池長(zhǎng)期使用導(dǎo)致電量不足時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到的電壓值低于蓄電池設(shè)定值，系統(tǒng)給工作人員發(fā)短信，對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行人工控制。 路燈的通斷是 通過(guò)光照強(qiáng)度 影響光敏電阻來(lái)控制的 。 本文是 通過(guò) 單片機(jī) HT46R232 來(lái) 控制蓄電池的充放電，當(dāng) 白天日照強(qiáng)度 很 高時(shí)，太陽(yáng)能電池板 能夠 將光能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)電路的轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)儲(chǔ)存到蓄電池中。 這 樣的測(cè)試 方法 有以下 優(yōu)點(diǎn)： 1） 不需 再增加 溫度補(bǔ)償； 2） 電池不會(huì)出現(xiàn) 連續(xù)浮充， 實(shí)際應(yīng)用中對(duì) 電池 連接使用的電線的 腐蝕 降低 ； 3） 相 同型號(hào) 在相同 情況 下使用，構(gòu)成 電池 組 可 以減少計(jì)算 ； 4） 可以 任意增加 電池 擴(kuò)大容量 ； 5） 每個(gè)電池都 被充分利 用， 而且不會(huì)降低使用 壽命。 一些科學(xué)家 的 研究表明，每個(gè)電池 因?yàn)?在 結(jié)構(gòu)、 化學(xué) 成分 及電學(xué) 性質(zhì) 等 技術(shù)上存在微小的 差別， 但這不會(huì)影響整體的控制 。 主要 的控制方法是 通過(guò) 對(duì) 電池兩端的 電壓 監(jiān)測(cè) 來(lái)決定 何時(shí) 停止充電。 蓄電池充 電 時(shí)當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí) ，必須 及時(shí)的 迅速 切斷電流 停止充電 ， 不然蓄電池 會(huì)因?yàn)檫^(guò)分充電產(chǎn)生大量 氣 泡，并且發(fā)生 失水和溫升等 不良 反應(yīng)， 這些過(guò)分充電的反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致蓄電池的 壽命 降低 。充電 伊 始 蓄 電池端電壓 變化率不大 ；當(dāng) 過(guò)程進(jìn)行到了 中間階段， 就會(huì)出現(xiàn)變化率很大的 端電壓 ；當(dāng) 過(guò)程進(jìn)行 到了 充電 的 末期， 兩 端 的 電壓的變化率 又變的 極小。 為了 更好的 控制充電電流 我們的設(shè)計(jì)需要對(duì)蓄電池的充電程度進(jìn)行檢測(cè)做好實(shí)時(shí) 第 一 章 XXXXX 7 控制 。 、電池充放電技術(shù) 主充、均充、浮充各階段的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 目前， 主充、均充、浮充三個(gè)階段法是 目前 在 我國(guó) 范圍內(nèi) 的 大 多數(shù) 充電 電池 正在使用的 快速 充電法。 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 ： LED 路燈 的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)路燈要堅(jiān)固，在運(yùn)輸安裝過(guò)程中更方便，也不需要埋電纜加鎮(zhèn)流器。 LED 屬于 是低壓器件， 他的 驅(qū)動(dòng)電壓 很低因此在 安全 用 電 上很符合要求 ， 每一個(gè)LED 燈的 功率 大約 為 1 瓦， 所以他使用的電源也是 安全 電源， 非常適合應(yīng)用 于 公共場(chǎng)所 。 在 光顯色性 方面 LED路燈 與 高壓鈉燈 相比也有很大的優(yōu)勢(shì) ，高壓鈉燈 是 23 而 LED路燈 是 75， 科學(xué)研究表明 ， 當(dāng)人的心里上感覺(jué) 到 相同 亮度 時(shí) ， 采用 LED路燈 需要的 光照強(qiáng)度可以 降低 20%以上，（英國(guó) 研究出的 標(biāo)準(zhǔn)）。 現(xiàn)在的 LED光源 的光 率 可以達(dá) 達(dá) 110130lm/W，而且 這并不是極限 ， 它在 理論 上可以 達(dá) 250lm/W。通過(guò)對(duì)單個(gè) LED的集成，它們就足夠滿足使用要求了。 從光效角度來(lái)說(shuō) LED確實(shí)不能算是個(gè)高光效的光源 ， 不過(guò)可見(jiàn)效率達(dá)到 80%~90%的 LED 確實(shí)很適合做光源 。 由于LED 路燈 的 發(fā)光 特性是 定向 的，所以他的 功率消耗低 ， 驅(qū)動(dòng) 和 響應(yīng)速度快 而且很 抗震 ，在 使用壽命 上也要比傳統(tǒng)的路燈 長(zhǎng) 很多，而且他還綠色環(huán)保沒(méi)有環(huán)境污染 ， 所以 LED路燈 逐漸 代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的 高壓鈉燈，成為 新一代 的 節(jié)能 路燈。 、 LED 路燈 路燈 在 城市照明 系統(tǒng)中 一直是最核心的 部分， 以前我們使用 的路燈 從白熾燈到高壓鈉燈， 它們都 是 360 度發(fā)光 光源 ， 用它們對(duì) 地面照明的 光損 會(huì)很 大 這樣就 造成了 對(duì)電能 的 不必要的 浪費(fèi)。這 樣 就導(dǎo)致 蓄電池充電時(shí)間較 長(zhǎng)而且充電 的 效率 還 不高。 一般 兩階段充電法方法就是 在 充電 時(shí) 起初控制電流恒定，到了后期保持電壓恒定 、。一次 采用 一些 快速充電 的 方法 是必要的 ， 這樣能不僅夠 縮短蓄電池的充電時(shí)間， 同時(shí)能夠 提高充電效率，在一定程度上 節(jié)約 了 能源，并 且 滿足 了 工業(yè) 上一些有特殊要求的技術(shù) ，具有 非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 、蓄電池快速充電技術(shù) 一般的 充電的 技術(shù)是 采 用小電流慢充 的 方式，對(duì) 一個(gè)新的鉛酸蓄電池第一次的 充電時(shí)間 需 要 70h以上， 在平時(shí)的 普通充電 時(shí)間 也需 10h以上。 理論 第 一 章 XXXXX 5 上高達(dá) 1350W?h/kg 的 比能值 是 鋅氧電池 被大家看好的主要原因 ， 現(xiàn)在實(shí)際 的比能量 值是 230Wh/kg， 所以依然有很大發(fā)展前途，這樣已經(jīng)相當(dāng)于 鉛酸電池的 8倍。 鎳鋅電池 在 外廓上 與 鉛酸電池 、 鉛酸電池 都 具有很好的兼容性 。 它的 優(yōu)點(diǎn) 主要 是 因?yàn)樗?比能量 高 達(dá) 50Wh/k 以上 這個(gè)數(shù)字相當(dāng)可觀 ， 單位 體積 內(nèi)儲(chǔ)存的 能量 超過(guò) 了 鎳鎘電池， 但小雨 鎳氫電 池。鈉硫電池 放電 的 電流密度 實(shí)際 可達(dá) 到 200～ 300mA/mm2,在 瞬時(shí) 的時(shí)間里它 可 以 放出 較其他電池 3倍的固 體 能量； 還有 一個(gè) 就 是充放電 的 效率 很 高。 鈉硫電池 有以下 優(yōu) 點(diǎn) ， 一是 質(zhì)量輕儲(chǔ)能高 。 它的 “ 記憶效應(yīng) ” 是 它在實(shí)際實(shí)用中的一個(gè)不可克服的 缺 陷 ， 所 以一些 導(dǎo) 不合里的使用可能 致電池 的 容量減小。 鋰電池 是綠色環(huán)保電池，使用鋰電池不會(huì) 對(duì)造成 環(huán)境 污染。其 比較明顯的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì) 量輕、儲(chǔ) 存能量大、沒(méi)有環(huán)境污染、沒(méi)有記憶效應(yīng)、長(zhǎng)期的使用壽命 。 初期投入 雖然鎳氫蓄電池 的 成本 比其他電池 高，但由于他在儲(chǔ)存 能量和 實(shí)際實(shí)用 壽命 上有顯著的 優(yōu)勢(shì)， 所以， 在 日常 長(zhǎng)期的 現(xiàn)實(shí) 使用 中與其他電池相比它的 成本并 不 算 高 。缺點(diǎn) 是 ： 不過(guò) 它 儲(chǔ)存的 能量 很少 ， 與其他電池相比 它 的質(zhì)量 重、 體積大 充電 一次 的行 程短壽命 也 短， 這樣就導(dǎo)致了選 用 的長(zhǎng)期 成本 會(huì)很 高。因此在本設(shè)計(jì)中使用蓄電池。 所有電池均 可以分為 正極、 電解質(zhì)、 負(fù)極、隔膜和容器 五大 部分組成。 所 第 一 章 XXXXX 4 以 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 已經(jīng)變的十分廣泛 。 在 裸機(jī) 的 環(huán)境下 對(duì) 單片機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行 開(kāi)發(fā)和使用 已經(jīng) 被淘汰了 ， 嵌入式操作系統(tǒng) 的 大量 使用使開(kāi)發(fā)變的更簡(jiǎn)單 。 ARM系列 單片機(jī)是 在 INTEL i960 系列 之后 被 開(kāi)發(fā) 出的，它是應(yīng)用更為廣泛 ， 再后來(lái)新開(kāi)發(fā)的 32位單片機(jī) 逐漸 取代 了以前的 16位單片機(jī) 在工控領(lǐng)域的統(tǒng)治 地位，并且 開(kāi)始進(jìn)入主流市場(chǎng)。 后來(lái)， 隨著在 工業(yè)領(lǐng)域 對(duì) 控制 要求的 不斷 提高， 科學(xué)家 開(kāi)始 進(jìn)一步研發(fā)出 了 16 位 的 單片機(jī) 。 在運(yùn)算方法最早出現(xiàn) 的單片機(jī) 用的 是 8 位或 4 位的 算法 。 它的原始 的設(shè)計(jì)理念是 在一個(gè)芯片上 集成 大量外圍設(shè)備和 CPU， 把